Polovodič

Polovodič je materiál, ktorý v niektorých prípadoch vedie elektrický prúd, ale v iných nie. Dobré elektrické vodiče, ako napríklad meď alebo striebro, ľahko prepúšťajú elektrinu. Materiály, ktoré blokujú tok elektriny, ako napríklad guma alebo plast, sa nazývajú izolátory. Izolátory sa často používajú na ochranu ľudí pred zásahom elektrickým prúdom. Ako naznačuje názov, polovodič nevedie tak dobre ako vodič. Najčastejšie používaným polovodičom je kremík, ale používa sa aj arzenid gália.

Pridaním rôznych atómov do kryštálovej mriežky polovodiča sa zmení jeho vodivosť tak, že sa vytvorí polovodič n-typu a p-typu. Kremík je najdôležitejším komerčným polovodičom, hoci sa používajú aj mnohé iné. Možno z nich vyrobiť tranzistory, čo sú malé zosilňovače. Tranzistory sa používajú v počítačoch, mobilných telefónoch, digitálnych audio prehrávačoch a mnohých ďalších elektronických zariadeniach.

Podobne ako v iných pevných látkach, aj v polovodičoch môžu mať elektróny energiu len v určitých pásmach (t. j. v rozmedzí energetických hladín) medzi energiou základného stavu, ktorá zodpovedá elektrónom pevne viazaným na atómové jadrá materiálu, a energiou voľného elektrónu, čo je energia potrebná na to, aby elektrón úplne unikol z materiálu.

Elektronické komponenty na báze polovodičov

História

Polovodiče sa v laboratóriách skúmali už v roku 1830. V roku 1833 Michael Faraday experimentoval so sulfidom strieborným. Zistil, že keď sa materiál zahrieva, lepšie vedie elektrinu. To bol opak toho, ako sa správala meď. Keď sa meď zahrieva, vedie menej elektriny. Viacerí ďalší prví experimentátori objavili ďalšie vlastnosti polovodičov. V roku 1947 bol v Bellových laboratóriách v New Jersey vynájdený tranzistor. To viedlo k vývoju integrovaných obvodov, ktoré dnes poháňajú takmer všetky elektronické zariadenia.

Dopovanie polovodičov

Doping

Dopovanie je proces pridávania malej prímesi do čistého polovodiča s cieľom zmeniť jeho elektrické vlastnosti. Ľahko a stredne dopované polovodiče sa nazývajú extrinzické. Polovodič dopovaný na takú vysokú úroveň, že sa správa viac ako vodič než polovodič, sa označuje ako degenerovaný. Väčšina polovodičov sa vyrába z kryštálov kremíka. Čistý kremík má malé využitie, ale dopovaný kremík je základom väčšiny polovodičov. Silicon Valley (Silikónové údolie) bolo pomenované podľa veľkého počtu začínajúcich polovodičových spoločností, ktoré sa tam nachádzali.

Polovodiče dnes

V súčasnosti sa polovodiče využívajú široko-ďaleko. Polovodiče sa nachádzajú takmer v každom elektronickom zariadení. Stolové počítače, internet, tablety, smartfóny, to všetko by nebolo možné bez polovodičov. Z polovodičov sa dajú vytvoriť veľmi presné spínače s malým napätím. Napätie, ktoré polovodič nepotrebuje, sa môže poslať do iných elektrických komponentov v zariadení. Polovodiče sa dajú vyrobiť aj veľmi malé a mnohé z nich sa zmestia do pomerne malého obvodu. Keďže sa dajú vyrobiť tak malé, elektrické zariadenia sa dnes dajú vyrobiť tenké a ľahké bez toho, aby sa znížil ich výpočtový výkon. Medzi dominantné spoločnosti v oblasti polovodičov patria Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm a Micron Technology.

Súvisiace stránky

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to polovodič?

Odpoveď: Polovodič je materiál, ktorý v niektorých prípadoch vedie elektrinu, ale v iných nie. Nevedie tak dobre ako dobré elektrické vodiče, ako je meď alebo striebro, a neblokuje tok elektriny ako izolátory, ako je guma alebo plast.

Otázka: Čo sú polovodiče typu n a p?

Odpoveď: Polovodiče typu n a p sa vytvárajú pridaním rôznych atómov do kryštálovej mriežky polovodiča, čím sa mení jeho vodivosť.

Otázka: Na čo sa používa kremík?

Odpoveď: Kremík je najdôležitejším komerčným polovodičom a možno z neho vyrábať tranzistory, čo sú malé zosilňovače používané v počítačoch, mobilných telefónoch, digitálnych audio prehrávačoch a mnohých ďalších elektronických zariadeniach.

Otázka: Aké ďalšie materiály sa používajú ako polovodiče?

Odpoveď: Okrem kremíka sa ako polovodič používa aj arzenid gália.

Otázka: Ako sa správajú elektróny v pevnom materiáli?

Odpoveď: Elektróny v pevných materiáloch môžu mať energiu len v určitých pásmach (t. j. v rozsahu energetických hladín) medzi energiou základného stavu, ktorá zodpovedá elektrónom pevne viazaným na atómové jadrá materiálu, a energiou voľného elektrónu, čo je energia potrebná na to, aby elektrón úplne unikol z materiálu.

Otázka: Prečo sa izolanty často používajú na ochranu ľudí pred zásahom elektrickým prúdom?

Odpoveď: Izolátory blokujú tok elektrického prúdu, takže sa môžu používať na ochranu ľudí pred úrazom elektrickým prúdom tým, že zabránia prechodu elektrického prúdu cez ne.

Otázka: Ako fungujú tranzistory?

Odpoveď: Tranzistory fungujú ako malé zosilňovače, ktoré prijímajú vstupný signál a zosilňujú ho pred tým, ako ho vysielajú na vyššej úrovni, ako bol pôvodne vstupný signál.